专利名称：基于乳腺x线摄片的乳腺病灶辅助诊断设备的制作方法
技术领域：
本发明属于医学图像的计算机辅助观察分析技术的应用领域，具体涉
及」种基于乳腺x线摄片的乳腺病灶辅助诊断设备。
背景技术：
乳腺癌是中老年女性最常见的恶性肿瘤疾病之一，在中国已居女性恶 性肿瘤的首位，并且有逐年上升的趋势。目前对乳腺癌的预防尚无良策， 早期诊断是降低死亡率及提高乳腺癌治愈率最有效的途径。研究表明，乳
腺X线摄片(乳腺钼耙X射线技术)是一种有效的进行早期临床无症状乳腺
癌检查的方法。
受成像原理和一些技术因素的限制，基于乳腺x线摄片的病灶诊断存
在一些不足之处，这些不足之处包括(1)乳腺X线摄片中高密度的正常乳
腺组织会呈现与异常组织相近的高亮度，会造成乳腺x线摄片中的病灶难
以发现，对于乳腺组织较致密的年轻亚洲女性其病灶则更不易被发现；(2) 有些影像的质量不理想，如影像成像偏暗或对比度不强，或影像灰度分布 不理想，使得影像中一些局部细节仅凭肉眼不易分辨；(3)感兴趣区域外 的大片背景区域的亮度对阅读影像可能产生干扰；(4)阅片环境中的其他 光源可能对观察影像产生负面影响；(5)有些有诊断意义的图i象特征，如 图像二阶矩，仅凭肉眼不易观测到。由于存在上述原因，使得临床医生通 过观察乳腺X线摄片进行乳腺肿瘤疾病诊断有一定困难，容易造成病灶的 漏诊和误诊。
目前，市面上已有的乳腺肿瘤疾病计算机辅助诊断系统，只能对数字 影像进行处理，对于携带乳腺X线摄片胶片的患者，这类型的系统不能直 接从患者的乳腺X线摄片胶片中采集数据信息，难以对其进行数据分析和 辅助诊断，如专利申请号为200710052747.1的"基于乳腺X线摄片的乳腺
6癌计算机辅助诊断方法及其系统"公开了计算机在乳腺x线摄片数字图像的
基础上进行辅助诊断乳腺肿块的原理和过程，但该系统是基于数字图像的，
在只有乳腺x线胶片的情况下，不能直接进行辅助诊断，而且该公开系统
只对乳腺肿块进行了辅助诊断，没有对乳腺癌表征的微小钙化灶进行检测 (1平方厘米区域内出现的微小钙化点的数目通常被作为判断乳腺癌的重 要指标)。另外，如果需要进行辅助诊断的影像数据不在安装有辅助诊断系 统的计算机上，那么影像数据必须转移到该计算机上才能进行处理，这个 过程需要若干操作和处理时间，这使得目前己有乳腺癌计算机辅助诊断系
统的使用受到了一定的限制。专利电请号为200720084171.2的"一种计算 机辅助医学影像观测系统"虽然公开了一种通过摄像头采集医学影像胶片 的影像数据的方法，而且该发明系统能够对采集得到的图像进行图像对比 度调节和图像亮度增强，也能够对图像上的所圈画的感兴趣区域进行角度、 长度、面积等的测量，但该发明系统并不具有针对乳腺癌病灶进行辅助诊 断的功能，同时该发明系统仅适合从医学影像胶片上采集图像信息。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开的基于乳腺X线摄片的乳腺病灶辅助 诊断设备，其设计的目的是为临床医生提供一种使用方便的乳腺癌病灶辅
助诊断设备，以辅助临床医生定性和定量地分析乳腺x线摄片中的病灶区
域，提高临床医生的诊断效率和诊断的客观性。
本发明提供的基于乳腺x线摄片的乳腺病灶辅助诊断设备，它包括图
像采集装置、图像处理装置和输入输出装置；其特征在于图像采集装置 包括壳体、采集罩、摄像头和三轴加速传感器，采集罩固定在壳体的前端， 摄像头固定在壳体内，三轴加速传感器固定在壳体后部；
图像处理装置为装载有图像采集模块、图片预处理模块、辅助诊断模 块和用户事件处理模块的嵌入式系统；
图像采集模块根据用户选择的局部乳腺图像数据采集方式，从摄像头 拍摄的局部乳腺图像数据中采集单幅或多幅乳腺X片局部图像数据，并根据三轴加速传感器提供的信息计算出图像采集装置的偏转角度，再根据此 偏转角度对采集的图像数据进行图像方向调整，如果是从显示器屏幕上采 集图像，还要对从显示器屏幕上采集的乳腺局部图像数据进行去闪烁和分 辨率降解等处理，最后将处理后的局部乳腺图像数据传输至图像预处理模
块；
图片预处理模块对接收局部乳腺图像数据进行数据预处理，数据预处 理包括调整灰度值分布和获取分辨率参数，将数据预处理后的图片数据发 送给辅助诊断模块；
辅助诊断模块和用户事件处理模块与输入输出装置相连；辅助诊断模 块对乳腺X线摄片局部图像数据进行辅助诊断，并将辅助诊断结果传送给 输入输出装置并显示；
用户事件处理模块用于接收用户通过输入输出装置输入的信息，该信 息包括功能选择和用户圈画的区域位置；用户事件处理模块根据用户圈画 的区域位置确定用户选择的病灶位置。用户事件处理模块根据功能选择信 号触发图像采集模块、预处理模块和辅助诊断模块对用户选择的病灶位置 进行相应的处理。
本发明设备采用嵌入式系统结构，设备的整体结构简单，便于携带， 而且充分考虑了使用环境。本发明设备的功能主要包括乳腺X线摄片的局 部数据采集和乳腺局部图像辅助诊断两个部分，在进行乳腺X线摄片的局 部数据采集时，为了保证拍摄到的图片的直观性和准确性，本发明设备会 对采集到的图片数据进行水平校正；在对显示器上的乳腺X线摄片图像进 行采集时，本发明设备会对采集数据中的闪烁条纹进行去除，从而避免了 闪烁条纹对检测结果的影响。
本发明设备单从图像采集功能部分来看，不仅具有现有的系统所具有 的功能，如专利申请号为200720084171.2的"一种计算机辅助医学影像 观测系统"所公开的基于医学影像胶片的图像数据采集功能，而且还具有 现有的系统所不具备的一些功能，如计算单位面积中可疑微小钙化灶点 的个数、从显示乳腺X线摄片的显示屏上采集图像数据和自动的对摄像头所采集的图片数据进行水平方向调整等功能。
总之，本发明设备可以从乳腺x线摄片中采集得到清晰的乳腺局部图
像数据，并能够对所采集的乳腺局部图像数据进行图像处理和辅助诊断， 为临床医生进行乳腺癌病灶诊断提供有用的诊断信息，同时该系统采用嵌 入式系统架构，使得系统结构简单、便于医生携带使用。
图1为本发明设备的结构示意图2为本发明实施例所使用的探头的结构示意图。
具体实施例方式
如图l所示，本发明提出的基于乳腺X光片的乳腺病灶辅助诊断设备 包括图像采集装置1、图像处理装置2和输入输出装置3三个部分。
如图2所示，图像采集装置1包括壳体11、采集罩12、摄像头13和 三轴加速传感器14。采集罩12固定在壳体11的前端，摄像头13固定在壳 体11内，三轴加速传感器14固定在壳体11的后部。
图像处理装置2为装载有图像采集模块21、图片预处理模块22、辅助 诊断模块23和用户事件处理模块24的嵌入式系统。图像采集模块21分别 通过数据线与摄像头13及三轴加速传感器14相连，辅助诊断模块23通过 数据线与输入输出装置3连接，用户事件处理模块通过数据线与输入输出 装置3链接。
当图像采集装置1贴在乳腺X线摄片胶片表面上或显示乳腺X线摄片 数据的显示器屏幕表面上采集数据时，采集罩12可以保持摄像头13到胶 片间的距离不变，同时采集罩12能遮挡外部光照，使摄像头13接收到的 光照主要来自透过胶片的观片灯光源，或显示乳腺X线摄片数据的显示器， 降低了外界光源的干扰。
摄像头13从乳腺X线摄片胶片中或者显示乳腺X线摄片的显示器屏 幕上采集感兴趣区域图像数据，并将采集的局部乳腺图像数据传输给图像 采集模块21。三轴加速传感器14能产生并输出一对与偏转角度对应的X轴向和Y 轴向电压值，并将输出的电压值传输给图像采集模块21，用以计算图像采 集装置1采集图像时的偏转角度，即图像采集装置1相对于固有水平方向 的偏转角度。
用户事件处理模块24用于接收用户通过输入输出装置3输入的信息， 该信息包括功能选择和用户圈画的区域位置。当输入输出装置采用触摸屏 时，用户事件处理模块24根据屏幕坐标信号确定是功能选择信号，或者是 屏幕局部区域坐标信号。如果是功能选择信号，用户事件处理模块24会触 发图像采集模块21、预处理模块22和辅助诊断模块24选择不同的数据处 理功能，如局部乳腺图像数据采集方式选择、乳腺X线摄片的拍摄方式 选择、病灶区域的分析和诊断、微小钙化灶的提取以及微小钙化灶密度的 计算等。如果是屏幕局部区域坐标信号，用户事件处理模块24会根据局部 区域坐标信号确定用户选择的病灶的位置，或确定用户在屏幕上圈画的区 域位置，用户圈画的区域位置包括直线、折线段和多边形封闭区域等。 用户事件模块同时可以根据功能选择信号，触发各功能模块对病灶的位置、 用户圈画的区域做进一步的数据处理。
图像采集模块21根据用户通过输入输出装置3所选择的局部乳腺图像 数据采集方式，进行单幅或多幅乳腺X线摄片中局部图像数据的采集。局 部乳腺图像数据采集方式可以是从乳腺X线摄片胶片上采集数据，或是 从显示乳腺X线摄片的显示器屏幕上采集数据。如果局部乳腺图像数据采 集方式为从乳腺X线摄片胶片上采集数据，则图像采集模块21采集单幅局 部乳腺X线摄片数据，如果局部乳腺图像数据采集方式为从显示乳腺X线 摄片的显示器屏幕上采集数据，则图像采集模块22将会连续采集多幅局部 乳腺X线摄片数据。
图像采集模块21同时对所采集的数据进行数据处理，数据处理包括 图像方向调整、分辨率降解、球面屏幕畸变校正。如果局部乳腺图像数据 采集方式为从显示乳腺X线摄片的显示器屏幕上采集数据，则需要对采集 的多幅局部乳腺X线摄片数据进行去黑色闪烁条纹处理，还原一幅没有黑 色闪烁条纹的局部乳腺图像数据。图像釆集模块21并将处理后的局部乳腺
10图像数据传输至图像预处理模块22，由图像预处理模块22对乳腺X线摄 片局部图像数据进行进一步的数据处理。
图像去黑色闪烁条纹当局部乳腺图像数据采集方式为从显示乳腺X 线摄片的显示器屏幕上采集数据时，由于摄像头的刷新频率和显示器屏幕 的刷新频率不一致，使得通过摄像头从显示器屏幕上采集的局部乳腺图像 会有黑色闪烁的条纹，在图像数据处理前必须将图片中的黑色条纹去掉。
去黑色闪烁条纹的方法可以是1、在显示屏幕上采集一组具有黑色闪烁条
纹的局部乳腺图像数据；2、通过检测图像中黑色闪烁条纹的位置和黑色条 纹的宽度，确定图像中的有效区域和无效区域，无效区域为图像中黑色条 纹所在的位置区域，图像中黑色条纹以外的区域为有效区域；3、对于无效 区域中的像素值，可以用这组图像数据序列中所有相同位置的有效区域像 素值的平均值代替。
黑色条纹的位置和黑色条纹的宽度可以通过如下方式获得首先构建
一个乳腺局部图像水平方向像素值求和函数。该函数的自变量为图像的高 度，函数的应变量为在该图像高度下，函数水平方向上所有像素值的和，
用公式表示为
上式中F(力为乳腺局部图像水平方向像素值求和函数，/(x，力为乳腺局部图 像函数，；c,少为图像像素坐标，w为图像的水平宽度。
然后，对乳腺局部图像水平方向像素值求和函数F(力求一阶微分，得 到局部区间内的极大值和极小值，局部区间内的极大值和极小值之间的位 置为黑色条纹的位置，局部区间内的极大值和极小值之间的距离为黑色条 纹的宽度。 ，
图像方向调整图像采集模块21实时接收三轴加速传感器14所输出 的一对与偏转角度对应的X轴向和Y轴向电压值。当X轴向电压值和Y 轴向电压值都为0时，表明三轴加速传感器14与水平面平行，在这种情况 下不考虑方向调整。因此，以下的叙述图像方向调整都假设在三轴方向传 感器14不与水平面平行的情况下进行。当X轴向电压值为0而Y轴向电压值不为0时，这时的三轴加速传感器14所处的方向称为固有水平方向。
实际使用图像采集装置1采集图像时，根据拍摄图像时三轴传感器14输出
的X方向和Y方向电压值，用以下公式计算该时刻三轴传感器14的方向
与固有水平方向之间的偏转角度
乂白灶A存 + .X轴电压值 偏转角度二 arctan — ^『& 糊电压值
上式中arctan为反正切函数。当图像采集装置1所采集的图像数据与原始 图像数据之间没有角度偏差时的方向称为图像采集装置1的指定水平方向， 这时三轴加速传感器14的方向与其固有水平方向之间的夹角称为初始偏转 角度。初始偏转角度可以在设备出厂前或使用初期通过实际拍摄一幅无偏 转的图像而确定并存储起来，这个过程称为偏转角度定标。对于一个稳定 的图像采集装置l，该定标过程只需要做一次。
当对所采集到的图像进行方向调整时，先利用三轴加速传感器的X轴 向和Y轴向电压值，计算图像被采集时图像采集装置1的偏转角度，再求 出该偏转角度与初始偏转角度之差，得到的就是该图像与被拍图像之间的 图像旋转角，用此图像旋转角可以计算出采集图像的旋转变换矩阵，并根 据此旋转变换矩阵，将由于图像采集装置1的偏转所采集的有偏转的局部 乳腺X线图像数据进行偏转逆变换，使得图像采集装置1无论如何偏转， 图像采集模块21都能获得一幅无偏转的局部乳腺X线摄片图像数据。
球面屏幕畸变校正当摄像头在具有一定球面的屏幕上采集乳腺X线 摄片局部图像数据时，由于球面屏幕使得所采集的乳腺X线摄片局部图像 数据内容会产生一定的变形。为了还原一幅没有形变的局部图像数据，需
要对局部图像数据进行球面屏幕形变校正。球面屏幕形变校正包括球面
屏幕形变定标和球面屏幕形变逆变换两个步骤。球面屏幕形变定标具体的
做法是1、将印有两色相间的棋盘方格的弹性材料薄膜蒙在采集罩的前端， 使摄像头能采集到该薄膜上的棋盘方格图像；2、将采集罩贴在所要拍摄图 像数据的球面屏幕上，由于屏幕具有一定的弧度，使得蒙在采集罩前端的 薄膜发生了变形，从而摄像头采集到具有形变的棋盘方格图像；3、利用该 棋牌方格图像中每个方格的角点的相对位置，和棋盘角点之间的实际的相
12对位置(即没有变形前的位置)，获得屏幕球面形变参数，并将该参数存储起 来。对于每一个被采集图像的球面显示屏幕，该定标过程只需要做一次。 此后可以利用定标过程中得到的形变参数，通过球面屏幕形变逆变换进行 球面屏幕形变校正，具体的做法是1、利用定标过程存储的形变参数计算
出球面屏幕的形变变换矩阵；2、根据此形变变换矩阵，将由于球面屏幕所 引起的有形变的局部乳腺x线图像数据进行形变逆变换，使得图像采集模 块21能从球面屏幕上采集获得一幅没有形变的局部乳腺X线摄片图像数 据。
分辨率降解当摄像头13在显示乳腺X线摄片的显示器屏幕上采集局
部图像数据时，有可能会用多于一个像素来表示显示屏幕上的一个像素。 此时，将会导致采集得到的图像比屏幕所显示的图像分辨率要大，同时采 集的局部乳腺图像数据中也包含有反映显示器屏幕栅格的数据，因此，需 要对采集的乳腺局部图像数据进行分辨率降解，使降解分辨率后的局部图 像数据的分辨率与原本的局部图像数据的分辨率一致，同时去除局部图像
数据中含有的显示器屏幕栅格的数据。分辨率降解的具体做法是1、将屏 幕采集的乳腺局部图像数据复制一份，作为原始图像数据保存;2、对采集 的乳腺局部图像数据做时域到频域变换(如傅里叶变换，小波变换等)，得 到该图像的频谱图像，然后再通过高频滤波去掉图像中反映显示器屏幕像 素栅格的高频数据，此后再通过频域到时域变换得到不含屏幕栅格的图像 数据；3、用步骤1保存的原始图像数据与步骤2得到的不含屏幕像素栅格 的图像数据相减，相减后的图像数据会突出显示反映显示器屏幕栅格的数 据；4、记录显示器屏幕栅格在图像上的分布；5、用每个栅格内最亮的一 个像素值表示该栅格内的数据，生成一幅新的图像数据，该图像数据就是 分辨率降解后的图像数据。
图片预处理模块22接收图像采集模块21发送的乳腺X线摄片局部图 像数据，并对局部图像数据进行数据预处理，数据预处理包括灰度值分 布调整、分辨率参数获取。图片预处理模块22将处理后的图片数据发送给 辅助诊断模块23，由辅助诊断模块23对乳腺X线摄片局部图像数据进行 辅助诊断。灰度值分布调整为由于不同的X线机成像的灰度可能不一样、用于 观察X线摄片的观片灯亮度可能分布不均匀、用于显示X线摄片的显示器 屏幕亮度不统一等问题，使得摄像头13所拍摄的乳腺X线摄片局部图像数 据的灰度值分布不均匀。为了使摄像头能够在乳腺X摄片上采集灰度分布 一致的图像数据，需要对采集的图像数据进行灰度值分布调整。灰度值分 布调整是将图像灰度值的统计量按一定比例分布在图像灰度值的各个区间
段上，灰度值分布调整所采用的做法可以是图像灰度值区间拉伸，或图
像灰度直方图均衡化。通过灰度值分布调整，使得摄像头13采集得到的不同 的乳腺x线摄片局部图像数据灰度值的分布始终保持一致。
分辨率参数获取为为了能在辅助诊断过程中计算病灶的几何信息， 如直径、面积等，所以需要知道采集的局部图像数据中每一个像素所代 表的实际物理尺寸。分辨率参数获取可以根据公式每个像素所代表的实 际物理尺寸=比例尺信息/固定长度图像内容所包含的像素个数，计算得到。
辅助诊断模块23接收预处理模块22发送的处理后的图片数据和计算 参数，对乳腺x线摄片局部数据进行病灶的分析和诊断。病灶的分析和诊
断包括病灶的诊断、微小钙化灶的检测，相似参考病例图片的提供。
病灶区域的判断可以参见专利申请号为200710052747.1的"基于乳腺 X线摄片的乳腺癌计算机辅助诊断系统"所公开的方法。上述专利所公开 的病灶区域的判断的过程为1、对可疑肿块区域进行准确的分割，并提取 可疑肿块相关的系列特征值；2、将特征值输入分类器，对可疑肿块区域进 行分类诊断；3、将计算机自动产生的可疑肿块区域的分割结果显示在输入 的局部乳腺X线摄片图像上，供用户察看。
微小钙化灶的检测过程为1、应用选择性滤波图像增强算法突出可疑 转化灶点；2、根据转化灶点在影像中呈微细颗粒状、与邻近像素相比具有 高灰度值的特性，分割可疑钙化灶点；3、提取钙化灶点相关的形态学特征、 灰度特征和纹理特征，并计算单位面积中可疑钙化灶点的个数；4、将检测 的钙化灶点显示在输入输出装置3上，供用户察看。各步骤具体实施细节 如下
1、基于选择性增强滤波的图像增强算法是由芝加哥大学的QiangLi等人于2003年提出(具体参见Qiang Li， Shusuke Sone， Kunio Doi. Selective enhancement filters for nodules, vessels, and airway walls in two-and three-dimensional CT scans. Medical Physics 2003. 30(8): 2040-2051)。该算法
提出时是被应用于检测肺部CT图像中的结节，并取得较好的实验结果。考 虑到肺部CT图像中的结节与乳腺X线摄片中的微小钙化灶点具有很大的 相似性，如它们都是不规则的点状分布，亮度较高，容易淹没在背景组织 中而不易分辨等，因此本发明将应用该方法在乳腺X线摄片图像上找出具 有以上性质的点状区域，即包含可疑钙化灶点的感兴趣区域；
2、 在实现钙化灶点的分割之前，本发明首先应用基于Top-hat算子的 形态学方法对感兴趣区域进行预处理，它是一种高通滤波算子，通过选择 合适的结构元，将感兴趣的弱小目标从复杂的背景中提取出来，然后再应 用基于最大熵的阈值分割方法(具体参见Pun T. A new method for gray level picture thresholding using the entropy of the histogram. Signal Process 1980; 2:233-237.)将钙化灶点从感兴趣区域中分割出来；
3、 根据特征选择时的可识别性、可靠性和独立性原则，对己分割的钙 化灶点计算其系列相关特征值，如形态域特征、灰度特征和纹理特征，并 根据感兴趣区域中分割出钙化灶点的个数计算得到单位面积中可疑钙化灶 点的个数；
4、 将检测的钙化灶点的分割结果和钙化灶点的相关特征参数值显示在 输入输出装置3上，供用户察看。
相似参考病例图片的提供可以参见专利申请号为200810197093.6的 "一种乳腺X线摄片计算机图像检索方法及系统"所公开的方法。上述专 利所公开的相似参考病例图片的提供过程为1、对感兴趣区域进行分割并 提取若干区域相关的图像学特征，用户可以选择其关注的图像学特征及输 入特征重要性相关的权重；2、利用加权的特征相似性度量准则(特征向量越 相似，则图像越相似)，从已建立已知诊断结果的乳腺X线摄片感兴趣区域 计算机图像参考数据库(参考数据库中包含感兴趣区域图像，感兴趣区域 相应的病患基本信息文件，感兴趣区域相应的病理检査和诊断结果信息文 件，计算机提取的感兴趣区域相关的图像学特征记录文件)中检索出与待查询感兴趣区域相似的若干感兴趣区域；3、将检索得到相似病例图片及其相 应病理检査和诊断结果信息显示在输入输出装置3上，供用户参考。
输入输出装置3用于接收图像处理装置传送的乳腺X线局部图像数据 处理和辅助诊断的结果，并以数字和图形的方式显示。同时输入输出装置3 还可以接收用户在显示屏幕上触摸所产生的屏幕位置坐标信号，并将位置 坐标信号发送给图像处理装置2中的用户事件处理模块24。输入输出装置 3可以采用具有触摸功能的显示屏或其它任意一种具有输入和显示功能的 器件。
本系统使用时，用户首先通过输入输出装置3选择局部乳腺图像数据 采集方式，局部乳腺图像数据采集方式可以是1、从乳腺X线摄片上直接 采集；2、从显示乳腺X线摄片的显示器屏幕上采集。确定局部乳腺图像数 据采集方式后，将图像采集装置放置在乳腺X线摄片胶片或显示数字乳腺 X线摄片显示器屏幕的表面上。图像采集模块21会根据局部乳腺图像数据 采集方式，进行单幅或连续多幅局部乳腺X线摄片数据的采集。如果局部 乳腺图像数据采集方式为从乳腺X线摄片胶片上直接采集，则拍摄单幅图 像数据，如果局部乳腺图像数据采集方式为从显示乳腺X线摄片的显示器 屏幕上直接采集，则连续采集多幅图像数据。图像采集模块21同时对采集 得到的乳腺局部数据进行实时处理，数据处理功能包括图像方向调整、 分辨率降解、球面屏幕畸变校正、去闪烁处理。数据处理完成后，图像采 集模块21将处理后的图片数据传输给图像预处理模块22。图像预处理模块 22接收处理后的图像数据，对局部乳腺图像数据进行数据预处理，数据预 处理功能包括灰度值分布调整、分辨率参数获取。数据预处理完成后， 图像预处理模块22将处理后的局部乳腺图像数据传输给图像辅助诊断模块 23。辅助诊断模块23接收处理后的图像数据，根据用户通过输入输出装置 3选择的辅助诊断功能，对局部乳腺图像数据进行辅助诊断，辅助诊断功能 包括病灶的诊断、微小钙化灶的检测，相似参考病例图片的提供等，同 时辅助诊断模块23将辅助诊断结果显示在输入输出装置3上，供用户察看。
在输入输出装置3显示辅助诊断结果后，用户还可以通过输入输出装 置3进一步的确定局部乳腺图像中的病灶位置或圈画的区域位置。确定病
16灶位置和处理区域后，用户仍然可以通过选择的辅助诊断功能，对感兴趣 区域做进一步的处理。
实施例
下面对本发明的实施作进一步具体的说明。该实施例功能包括从乳 腺X线摄片胶片上拍摄局部数据，或从显示乳腺X线摄片的显示屏幕上拍 摄局部数据，并对图片进行图像方向调整、分辨率降解、球面屏幕畸变校 正、屏幕去闪烁处理、灰度值分布调整、分辨率参数获取等处理，然后对 处理后的图片数据进行乳腺病灶诊断、微小钙化灶的检测和相似参考病例 图片的提供。用户可以只选择部分功能。
如图(2)所示，利用金属或塑料将采集罩加工成前后两部分，前面为 一个喇叭口，后面为一个圆柱筒，两部分相连的面有一圆孔，摄像头13固 定放置在圆柱筒内部，可调焦镜头从相连面上的圆孔露出朝向喇叭口外。 摄像头通过数据线与图像处理装置相连接。圆柱筒后部安装有一个三轴加
速传感芯片13，芯片通过信号线与采集装置2中的图像采集模块21连接。 利用金属或塑料制作一个盒体，盒体内部安装图像处理装置2，输入输
出装置3安装在盒体的顶部。图像处理装置2为装载有图像采集模块21、
图片预处理模块22、辅助诊断模块23和用户事件处理模块24的嵌入式系
统。输入输出装置3采用具有触摸功能的液晶屏。
裁剪白色或粉红色的气球，制作成一个透明的具有弹性的薄膜，并在
该薄膜上印上黑白相间棋盘方格。在设备进行球面屏幕畸变校正时将该弹
性薄膜蒙在采集罩的前端，并使印的棋盘方格是规整的。
该基于乳腺X光片的乳腺病灶辅助诊断设备的工作过程为
(1) 在输入输出装置3上选择'局部乳腺图像数据的采集方式。局部乳 腺图像数据的采集方式可以是1、从乳腺X线摄片胶片上直接采集；2、
从显示乳腺x线摄片的显示器屏幕上采集。
(2) 将图像采集装置放置在乳腺X线摄片胶片或显示数字乳腺X线 摄片显示器屏幕的表面上。
(3) 待采集罩放置稳定后，触发采集模块21采集单幅或多幅图像数据。如果拍摄方式为从乳腺X线摄片胶片上直接采集，则采集单幅乳腺 局部图像数据，如果拍摄方式为从显示乳腺X线摄片的显示器屏幕上采 集，则采集多幅乳腺局部图像数据。
(4)如果拍摄方式为从显示乳腺X线摄片的显示器屏幕上采集乳腺局 部图像数据，则采集模块需要对具有一定球面的显示器屏幕进行屏幕球面 定标，对于每一个被采集图像的球面显示屏幕，该定标过程只需要做一次， 其步骤如下
(4.1) 将制作好印有黑白棋盘方格的弹性薄膜蒙在采集罩的前端，并 将采集罩贴在所要拍摄图像数据的球面屏幕上。
(4.2) 重复步骤(2) - (3)采集具有形变的棋盘方格图像。
(4.3) 利用该棋牌方格图像中每个方格的角点的相对位置，和每个方 格的角点形变前的相对位置，获得屏幕球面形变参数，并将该参数存储起 来。
(5) 对于从具有一定球面的屏幕上采集得到的局部图像数据，则利用 定标过程中得到的形变参数，通过球面屏幕形变逆变换进行球面屏幕形变 校正，使得图像采集模块21能从球面屏幕上采集获得一幅没有形变的局部 乳腺X线摄片图像数据。
(6) 如果拍摄方式为从显示乳腺X线摄片的显示器上采集乳腺局部图 像数据，则采集模块需对拍摄的一组局部乳腺数据进行去闪烁处理，还原 一幅没有黑色闪烁条纹的局部乳腺图像数据，其步骤如下
(6.1) 从拍摄的图像序列中均匀的选取一定数量的图片，对每一幅图 像确定该图像所包含黑色条纹的位置和黑色条纹的宽度，并标记图像中黑 色条纹的位置为无效区域，图像中黑色条纹以外的区域为有效区域。
(6.2) 对于无效区域中的像素值，可以用这组图像数据序列中所有相 同位置的有效区域像素值的平均值代替。
(7) 图像采集模块21接收三轴加速传感器14传送一对与偏转角度对 应的X轴向和Y轴向电压值，根据这组电压值计算当图像采集装置1所采 集的图像数据与原始图像数据之间没有角度偏差时的方向，并将该方向与 固有水平方向之间的夹角存储起来，该夹角度数称为初始偏转角度。初始偏转角度的计算和存储过程称为偏转角度定标。对于一个稳定的图像采集 装置l，该定标过程只需要做一次。
(8) 当对所采集到的图像进行方向调整时，其步骤如下-
(8.1) 利用三轴加速传感器的X轴向和Y轴向电压值，计算图像被采 集时图像采集装置1的偏转角度。
(8.2) 再求出该偏转角度与初始偏转角度之差，得到的就是该图像与 被拍图像之间的图像旋转角，用此图像旋转角可以计算出采集图像的旋转 变换矩阵。
(8.3) 根据旋转变换矩阵，将由于图像采集装置1的偏转所采集的有 偏转的局部乳腺X线图像数据进行偏转逆变换，使得图像采集装置1无论 如何偏转，图像采集模块21都能获得一幅无偏转的局部乳腺X线摄片图像 数据。
(9) 当摄像头13在显示乳腺X线摄片的显示器屏幕上采集局部图像 数据时，需要对采集的乳腺局部图像数据进行分辨率降解，使降解分辨率 后得到的局部图像数据的分辨率与原本的局部图像数据的分辨率一致。分 辨率降解的具体步骤如下
(9.1) 将屏幕采集的乳腺局部图像数据复制一份，作为原始图像数据
保存；
(9.2) 对采集的乳腺局部图像数据做傅里叶变换得到该图像的频谱图 像，然后再通过高频滤波去掉图像中反映显示器屏幕像素栅格的高频数据， 此后再通过反傅里叶变换得到不含屏幕栅格的图像数据；
(9.3) 用步骤1保存的原始图像数据与步骤2得到的不含屏幕像素栅 格的图像数据相减，相减后的图像数据会突出显示反映显示器屏幕栅格的 数据；
(9.4) 记录显示器屏幕栅格在图像上的分布；
(9.5) 用每个栅格内最亮的一个像素值表示该栅格内的数据，生成一 幅新的图像数据，该图像数据就是分辨率降解后的图像数据。
(10) 图像采集模21块将处理后的乳腺局部图像数据传送至图像预处 理模块22做灰度值分布调整和分辨率参数获取处理，并同时将处理后的乳
19腺局部图像数据传送给输入输出装置3，其过程如下
(10.1) 图像预处理模块22对采集模块处理的乳腺局部图像数据，通
过图像灰度值区间拉伸，或图像灰度直方图均衡化，将图像的灰度值的统 计量按一定比例分布在图像灰度值的各个区间段上。
(10.2) 图像预处理模块22根据公式计算乳腺局部图像数据的分辨率
每个像素所代表的实际物理尺寸 ^t^^^m
固定长度内所包含的像素个数
(11)图像预处理模块22将处理后的乳腺局部图像数据传送至辅助诊 断模23块做进一步的分析和诊断，并同时将处理后的乳腺局部图像数据传 送至输入输出装置3，其过程如下-
(11.1) 根据输入输出装置3的提示，选择乳腺X线拍摄方式，拍摄 方式为左乳房侧位拍摄、左乳房轴位拍摄、右乳房侧位拍摄和右乳房轴 位拍摄。
(11.2) 根据选择的乳腺X线摄片拍摄方式，输入输出装置3显示图 像预处理模块22处理过后的数据。
(11.3) 通过触摸输入输出装置3选择辅助诊断功能，辅助诊断功能包 括病灶的判断、微小钙化灶的检测和相似参考病例图片的提供。
(11.4) 辅助诊断模块23根据选择的功能，对乳腺局部图像数据进行 分析和诊断，并将诊断的结果传送至输入输出装置3，供用户察看。
(11.5) 通过触摸输入输出装置3选择病灶的局部位置，和微小钙化灶 的位置，并接合步骤(11.3-11.4)对所确定的局部区域做进一步的分析和诊 断。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施 例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等 效或修改，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1、一种基于乳腺X线摄片的乳腺病灶辅助诊断设备，它包括图像采集装置(1)、图像处理装置(2)和输入输出装置(3)；其特征在于图像采集装置(1)包括壳体(11)、采集罩(12)、摄像头(13)和三轴加速传感器(14)，采集罩(12)固定在壳体(11)的前端，摄像头(13)固定在壳体(11)内，三轴加速传感器(14)固定在壳体后部；图像处理装置(2)为装载有图像采集模块(21)、图片预处理模块(22)、辅助诊断模块(23)和用户事件处理模块(24)的嵌入式系统；图像采集模块(21)根据用户选择的局部乳腺图像数据采集方式，从摄像头(13)拍摄的局部乳腺图像数据中采集单幅或多幅乳腺X片局部图像数据，并根据三轴加速传感器提供的信息计算出图像采集装置的偏转角度，再根据此偏转角度对采集的图像数据进行图像方向调整，如果是从显示器屏幕上采集图像，对从显示器屏幕上采集的乳腺局部图像数据进行去闪烁和分辨率降解处理，最后将处理后的局部乳腺图像数据传输至图像预处理模块(22)；图片预处理模块(22)对接收局部乳腺图像数据进行数据预处理，数据预处理包括调整灰度值分布和获取分辨率参数，将数据预处理后的图片数据发送给辅助诊断模块(23)；辅助诊断模块(23)和用户事件处理模块(24)与输入输出装置(3)相连；辅助诊断模块(23)对乳腺X线摄片局部图像数据进行辅助诊断，并将辅助诊断结果传送给输入输出装置(3)并显示；用户事件处理模块(24)用于接收用户通过输入输出装置(3)输入的信息，该信息包括功能选择和用户圈画的区域位置；用户事件处理模块(24)根据用户圈画的区域位置确定用户选择的病灶位置；用户事件处理模块(24)根据功能选择信号触发图像采集模块(21)、预处理模块(22)和辅助诊断模块(24)对用户选择的病灶位置进行相应的处理。
2、根据权利要求1所述的乳腺病灶辅助诊断设备，其特征在于设定 三轴加速传感器(14)输出的X轴向电压值为0而Y轴向电压值不为0时， 这时三轴加速传感器14所处的方向称为固有水平方向；当图像采集装置(l)所采集的图像数据与原始图像数据之间没有角度偏差时的方向称为图像采集装置(1)的指定水平方向，这时三轴加速传感器(14)的方向与其固有水平方 向之间的夹角称为初始偏转角度；图像采集模块(21)按照下述过程调整图像方向第A1步实时接收三轴加速传感器(14)所输出的一对与偏转角度对应 的X轴向和Y轴向电压值；第A2步根据拍摄图像时三轴传感器(14)输出的X方向和Y方向电压 值，采用公式(I)计算该时刻三轴传感器14的方向与固有水平方向之间的偏 转角度乂白tt在电 + X轴电压值 /T、 偏转角度^ctan^il (1)第A3步利用三轴加速传感器的X轴向和Y轴向电压值，利用公式(I) 计算图像被采集时图像采集装置(l)的偏转角度，再求出该偏转角度与初始 偏转角度之差，得到该图像与被拍图像之间的图像旋转角；第A5步利用该图像旋转角计算采集图像的旋转变换矩阵，并根据此 旋转变换矩阵，将由于图像采集装置(l)的偏转所采集的有偏转的X线图像 数据进行偏转逆变换，得到水平的局部乳腺X线摄片图像数据。
3、根据权利要求1或2所述的乳腺病灶辅助诊断设备，其特征在于-图像采集模块(21)按照下述过程进行分辨率降解第Bl步将从显示屏幕上采集的乳腺局部图像数据复制一份，作为原 始图像数据保存；第B2步对采集的乳腺局部图像数据做时域到频域变换，得到该图像 的频谱图像，然后通过高频滤波去掉图像中反映显示器屏幕像素栅格的高 频数据，再通过频域到时域变换得到不含屏幕栅格的图像数据；第B3步用第Bl步保存的原始图像数据与第B2步得到的不含屏幕像素栅格的图像数相减，得到的图像数据突出显示反映显示器屏幕栅格的数据；第B4步记录显示器屏幕栅格在图像上的分布；第B5步用每一个栅格内最亮的一个像素值表示该栅格内的数据，生 成一幅新的图像数据，该图像数据就是分辨率降解后的图像数据。
4、 根据权利要求1或2所述的乳腺病灶辅助诊断设备，其特征在于 助诊断模块(23)还对乳腺X线摄片局部数据进行微小钙化灶检测，具体过程为第Cl步应用选择性滤波图像增强算法突出可疑钙化灶点；第C2步根据钙化灶点在影像中呈微细颗粒状、与邻近像素相比具有 高灰度值的特性，分割可疑钙化灶点；第C3步提取钙化灶点相关的形态学特征、灰度特征和纹理特征，并计算单位面积中可疑钙化灶点的个数；第C4步将检测的可疑钙化灶点显示在输入输出装置上。
5、 根据权利要求1或2所述的乳腺病灶辅助诊断设备，其特征在于当摄像头(13)在具有一定球面的屏幕上采集乳腺X线摄片局部图像数据时， 先按照第Dl步至第D3步进行球面屏幕形变定标，然后对每次采集的数据 按照第D4步至第D5步进行球面屏幕畸变校正第D1步将印有两色相间的棋盘方格的弹性材料薄膜蒙在采集罩的前 端，使摄像头能采集到该薄膜上的棋盘方格图像；第D2步采集罩贴在所要拍摄图像数据的球面屏幕上，采集得到具有 形变的棋盘方格图像；第D3步利用该形变的棋盘方格图像中每个方格的角点的相对位置， 和每个方格的角点形变前的相对位置，获得屏幕球面形变参数，并将该参 数存储起来；第D4步利用定标过程存储的形变参数计算出球面屏幕的形变变换矩阵；第D5根据此形变变换矩阵，将由于球面屏幕所引起的有形变的局部 乳腺X线图像数据进行形变逆变换，使得图像采集模块获得一幅没有形变 的局部乳腺X线摄片图像数据。
6、根据权利要求1或2所述的乳腺病灶辅助诊断设备，其特征在于 如果局部乳腺图像数据采集方式为从显示乳腺X线摄片的显示器屏幕上采 集数据，图像采集模块(21)对采集的多幅局部乳腺X线摄片数据按照下述方 式进行去黑色闪烁条纹处理，还原成一幅没有黑色闪烁条纹的局部乳腺图 像数据；第El步在显示屏幕上采集一组具有黑色闪烁条纹的局部乳腺图像数据；第E2步按照下述方式确定图像中黑色闪烁条纹的位置和黑色条纹的 宽度首先构建一个乳腺局部图像水平方向像素值求和函数，该函数的自变 量为图像的高度，函数的应变量为在该图像高度下，函数水平方向上所有 像素值求和；然后，对乳腺局部图像水平方向像素值求和函数求一阶微分， 并求局部区间内的极大值和极小值，局部区间内的极大值和极小值之间的 位置为黑色条纹的位置，局部区间内的极大值和极小值之间的距离为黑色 条纹的宽度；第E3步区别图像中的有效区域和无效区域，无效区域为图像中黑色 条纹所在的位置区域，图像中黑色条纹以外的区域为有效区域；对于无效 区域中的像素值，采用这组图像数据序列中所有相同位置的有效区域像素 值的平均值代替。
全文摘要
本发明公开了一种基于乳腺X线摄片的乳腺病灶辅助诊断设备，它能将乳腺X线摄片局部数字化，并对获得的图像进行图像处理、分析和辅助诊断。该设备包括图像采集装置、图像处理装置，和输入输出装置。图像采集装置用于从乳腺X线摄片，或显示乳腺X线摄片的显示屏上拍摄图像数据。图像处理装置首先对所拍摄的图像数据根据需要进行去闪烁、方向调整、分辨率降解、球面屏幕畸变校正、灰度值分布调整、分辨率参数获取等处理，然后对处理后的局部图像数据进行病灶判断、特征提取、微小钙化灶的检测，并将结果输出至显示屏。本发明设备能够辅助临床医生有效地观察乳腺X线摄片的局部图像，并能通过该设备对乳腺的局部图像数据进行辅助诊断和分析。
文档编号A61B19/00GK101564323SQ20091006177
公开日2009年10月28日 申请日期2009年4月20日 优先权日2009年4月20日
发明者宏 刘, 娈 姜, 宋恩民, 朱传聪, 宁 潘 申请人:华中科技大学